油管輸送射孔無線起爆技術研究

2018-04-25 06:13:14姜舸

科學與技術 2018年12期

摘要：針對油管輸送射孔特殊井，常規起爆方式無法實現的起爆難題，開展無線起爆射孔技術研究。針對井下聲波傳輸特性研制出無線起爆樣機。從組成、技術指標兩方面介紹無線起爆樣機，通過信號的編碼形式、傳輸方法及解碼控制方法三個方面闡述無線起爆技術原理。經過現場試驗，井下接收器成功接收到聲波信號，但對信號傳輸規律和信號源傳輸能力仍需進一步研究探索，對激振器、信號編碼形式進行改進。通過繼續現場試驗，無線起爆技術有望獲得成功。

關鍵詞：無線起爆；聲波傳輸；編碼解碼

前言

國外的油井聲波無線數據傳輸、控制等已經是成熟技術，傳輸井深度達2000米以上，如果將這項技術與國內油田的試油測試、射孔起爆等結合起來，可以實現對井下開關井進行無線控制，可以解決管輸射孔常規起爆方式無法實現的起爆難題。

目前油管輸送式射孔方式現有的投棒撞擊起爆、套管加壓起爆、油管加壓起爆方式，無法滿足一些特殊施工井的起爆需求，例如：補孔井油管輸送射孔與下泵聯合作業井況，既不能加壓起爆又不能投棒起爆；射孔測試聯作工藝施工時，由于MFE測試工具的存在，若采用壓力起爆，當井口加壓值過高時，會對封隔器造成損壞，影響試油資料錄取的準確性，導致測試失敗。因此掌握聲波無線傳輸技術，實現對井下工具無線控制，可以滿足試油、射孔工藝需求，降低了施工成本，提高射孔施工效率。

1.井下聲波傳輸特性

1.1聲波沿油管柱傳播的頻率特性

油管柱是由相互連接起來的鋼介質油管和接箍組成的。管柱的一端為螺紋，另一端為螺扣。連接部分的接箍直徑都大于油管直徑，相互連接起來的鋼介質油管就組成了具有周期性結構的油管柱。聲波在油管柱中以相同的機制傳播，理論研究發現，油管柱的這種結構特征使得它在信號傳輸中呈現出梳狀濾波器的結構特性，相當于聲波通過了一個帶通濾波器，其結果表現為：聲波在某些頻帶上能通過，且衰減很少，形成了通帶，而在某些頻帶上則因衰減嚴重而無法通過，形成了阻帶。即在頻譜上呈現通帶與阻帶相交替的梳狀濾波器結構特性。這種復雜的頻譜特性對選擇傳輸信號的合適頻率非常重要。

1.2聲波沿油管柱傳播的衰減特性

聲波在油管柱中傳播時，其信號強度會逐漸衰減，接箍、聲波頻率和周圍介質的阻尼是造成衰減的主要原因。通常情況下，聲波信號的傳播衰減可以分為下面三中形式，一是油管內部吸收式衰減；二是接箍處擴射式衰減；三是散射式衰減；

其中，吸收式衰減實質上是聲波在沿油管柱傳播時，所發生的衰減是能量的轉換：一部分轉換成了熱能；而另一部分則轉換成了分子內部運動所需的能量【1】。

2.無線起爆樣機

針對井下聲波傳輸特性，研制了無線起爆樣機，該起爆樣機由空氣壓縮機、控制器、氣動激振器、井下接收器及導氣管組成。

空氣壓縮機技術指標：轉速1080r/min，排量0.36m3/min，額定排氣壓力1.25MPa，匹配功率3.0kW。

氣動激振器技術指標：振動頻率10-20Hz，激振力幅10500N。

3.無線起爆原理

傳輸方法：由無線控制器對空氣壓縮機的氣源進行編碼，控制氣動激振器發出聲波編碼信號，經油管傳輸抵達井下接收器所在位置，井下接收器接收編碼信號，識別后執行引爆命令（模擬起爆，紅燈亮），同時采集并存儲收到的原始數據用于后續分析。

編碼形式：一組信號由8位二進制編碼組成，每位編碼脈寬5s，間隔15s，氣動激振器頻率10-20Hz。在5s內氣動激振器振動，編碼為1，否則編碼為0。

解碼控制方法：井下接收器接收信號，若接收到的信號振動頻率大于10Hz，則編碼識別為1，否則為0。若識別出的編碼信號與接收器設定的編碼信號一致，則執行模擬起爆命令（紅燈亮）。一組信號對應井下一個接收器。

4.結論